文档介绍：广州师院学报(自然科学版)
JOU RNAL O F GUAN GZHOU NORM AL UN IVER S ITY
(NA TU RAL SC IEN CE ED IT ION )
1997 年第 1 期 N o. 1, 1997
GaA s 薄膜的飞秒瞬态反射谱与透射谱
皮飞鹏石绢傅刚陈志雄
(广州师范学院物理系 510400)
提要本文测量了 GaA s 薄膜的瞬态反射谱和透射谱, 计算了其复介电常数、
复折射率的瞬态变化, 发现瞬态透射谱主要反映了样品吸收的变化, 而瞬态反射
谱则同时受折射率和吸收变化的影响。
关键词超快光谱, 反射谱, 透射谱, GaA s 薄膜
中图分类号 O 472 O 433
1 引言
半导体中载流子散射与弛豫动力学机制的研究, 不仅具有重要的理论意义, 而且对于
高速光电器件的设计和制造具有实际意义。因此, 多年来人们用各种手段对半导体中过
热载流子的行为进行了广泛的研究, 飞秒瞬态光谱技术的进展为这种研究提供了有力的
工具, 可以对半导体中大多数超快散射和弛豫过程进行飞秒时间分辨研究。
通常人们通过测量半导体薄膜的瞬态透射谱来讨论样品折射率和吸收系数的瞬态变
化, 但是, 瞬态光谱与样品光学常数的关系是复杂的, 必须同时测量样品的瞬态反射谱和
透射谱才能准确计算样品折射率和吸收系数的瞬态变化。本文将从理论和实验两个方面
讨论了 GaA s 薄膜飞秒瞬态反射谱和透射谱与样品复折射率及复介电常数的关系。
2 薄膜样品的瞬态反射率和透射率
考虑厚度为 d 的薄膜样品, 设其复折射率为 nc = n + ik , 复介电常数 Ec = E1 + iE2, 其
2
中 n、k 分别为折射率、消光系数, 它们与介电常数的实部和虚部(E1、E2) 的关系为: E1 = n
2
- k , E2 = 2nk。
收到日期: 1996- 01- 20
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第 1 期皮飞鹏等: GaA s 薄膜的飞秒瞬态反射谱与透射谱 92
对于光学薄样品, 考虑正入射和界面的多次反射和干涉效应, 基于 F resnel 方程可以
得到透明衬底上吸收膜(右下图 1) 的透射率 R、反射率 T 的公式[1 ] ,
abe2kG + cd e- 2kG + 2rco s2nG+ 2ssin2nG
R = (1)
bd e2kG + ace- 2kG + 2tco s2nG+ 2u sin2nG
2 2
16n 0ns (n + k )
T = (2)
bd e2kG + ace- 2kG + 2tco s2nG+ 2u sin2nG
其中, n0、nS 分别为空气和透明衬底的折射率,
公式中其它参数与光学常数的关系为:
2Pd
G= ,
K
2 2 2 2
a = (n - n 0) + k , b = (n + n 0) + k ,
2 2 2 2
c = (n - ns) + k , d = (n + ns) + k ,
2 2
s = 2